嵌入式Linux（二十二）Linux内核分析及移植

1. 编译linux内核

  NXP从linux官网下载内核，然后移植到自己的CPU，我们的移植是基于NXP，再移植到自己的开发板。

制作一个sh：

#!/bin/sh
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx_v7_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all -j16

2. Linux工程目录分析

需要关注的文件夹和文件如下：

1. arch目录：和架构有关，进行CPU的配置。
    arch/arm/configs：默认配置文件。
    arch/arm/boot/dts：设备树文件。
    arch/arm/boot：保存编译出的Image和zImage文件。
    arch/arm/mach-xxx：驱动和初始化文件。
2. block目录：Linux的块设备目录，存放管理SD，EMMC等块设备的文件。
3. crypto目录：加密文件crc，crc32，md4，hash等。
4. Documentation目录：Linux相关文档。
5. drivers目录：驱动目录文件。
6. firmware目录：存放固件。
7. fs目录：存放文件系统如fs/ext4等。
8. include；init：头文件目录；linux内核启动时初始化代码。
9. ipc；kernel；lib；mm：进程间通信代码；内核代码；库；内存管理代码。
10. net；samples；scripts：网络相关代码；示例代码；脚本文件。
11. security；sound；tools；usr：安全相关；音频相关；编译工具；initramfs有关。
12. virt；.config；Kbuild；Kconfig：虚拟机相关；linux的最终配置信息；Makefile会读取；图形化界面配置文件。
13. Makefile。

Linux顶层Makefile主要就是生成vmlinux并压缩成zImage。
关于几个编译出来的文件：
①vmlinux：最原始的内核文件，未压缩的。
②Image：Linux内核镜像文件，仅包含可执行的二进制数据。
③zImage：zImage是gzip压缩后的Image。
④uImage：老版本uboot专用的镜像文件。比zImage多一些头部信息。

3. Linux内核启动流程

查看linux内核的链接脚本文件arch/arm/kernel/vmlinux.lds：

ENTRY(stext)            /*指明Linux内核入口为stext*/

stext在arch/arm/kernel/head.S中，简单概括一下其流程：
①__lookup_processor_type：找到对应处理器的procinfo结构。
②__vet_atags：验证设备树的合法性。
③__create_page_tables：创建页表。
④__mmap_switched：调用start_kernel函数。
⑤__enable_mmu：使能MMU，执行__mmap_switched。

start_kernel函数最终调用了rest_init（init/main.c），简单流程概括为：
①rcu_scheduler_starting：启动RCU锁调度器。
②kernel_thread：创建kernel_init内核进程，PID=1。实现内核态到用户态的转变。
③kernel_thread：创建kthreadd内核进程，PID=2。负责进行所有内核进程的调度管理。
④cpu_startup_entry：进入idle（空闲）进程，PID=0。

ps -A         /*在linux终端输入该命令以查看当前所有进程（不显示内核态进程）*/

  Linux内核构建完成后挂载rootfs根文件系统，执行根文件系统中的init程序进入用户态。

4. Linux内核移植

4.1 根文件系统缺失错误

  根文件系统存放是有uboot的bootargs环境变量指定的。这里bootargs如下，根文件系统存储在/dev/mmcblk1p2也就是EMMC的分区2。

console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw

  实际做产品的话新硬件是没有对应的根文件系统的，在这之前linux内核没有rootfs，启动时会报根文件系统缺失错误。提示内核崩溃，VFS虚拟文件系统不能挂载根文件系统（内核依然是启动的）。

Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0)

4.2 在Linux中添加自己的开发板

  编译了NXP的evk板子对应内核，可以在正点原子EMMC板上启动，所以基于NXP的imx_v7_mfg_config添加自己的开发板。

4.2.1 添加开发板默认配置文件和设备树文件

  复制imx_v7_mfg_config为imx_alientek_emmc_defconfig，做如下修改：注释掉“CONFIG_ARCH_MULTI_V6=y”。6ULL是V7架构，所以要屏蔽掉V6相关选项。
  复制imx6ull-14x14-evk.dts为imx6ull-alientek-emmc.dts，修改对应层级Makefile，在“dtb-
$(CONFIG_SOC_IMX6ULL)”配置项中加入imx6ull-alientek-emmc.dtb，确保dts可以编译为dtb。
  这里编译了一下，成功启动了linux，说明开发板添加上去了，但是还要修改一些配置。

4.2.2 CPU主频和网络驱动修改

4.2.2.1 CPU主频修改

启动linux内核并查看一下cpu信息，如下，MogoMIPS代表处理器性能：

上面看不到主频，进入一下目录中查看，CPU频率为792MHz。

使用如下命令查看CPU在各频率下的工作时长：

查看CPU调频策略，这里performance表示一直运行在最高频，但是实际开发中建议切换为ondemand模式，根据负载自动切换频率。

4.2.2.2 EMMC驱动修改

**1）使能8线EMMC驱动：**将imx6ull-alientek-emmc.dts中“&usdhc2”的内容修改为：

&usdhc2 {
	pinctrl-names = "default", "state_100mhz", "state_200mhz";
	pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc2_8bit>;
	pinctrl-1 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_100mhz>;
	pinctrl-2 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_200mhz>;
	bus-width = <8>;
	non-removable;
	no-1-8-v;
	status = "okay";
};

2）关闭EMMC 1.8V供电选项：
  正点原子emmc板EMMC工作电压为3.3V，所以要关闭1.8V选项避免驱动出现问题。在上面的“&usdhc2”加入“no-1-8-v;”

4.2.2.3 网络驱动修改

  NXP的板子和我们的板子不是一个PHY芯片，它将SR8201F需要的引脚给spi4用了，所以先在dts文件里去除相关配置。然后在dts的“iomuxc_snvs”节点里添加如下网络引脚复位信息。

  然后修改fec1和fec2节点的pinctrl-0属性，在里面加上&pinctrl_enetx_reset。接下来修改SR8201F的PHY地址，在fec1和2节点中添加以下内容：

phy-reset-gpios = <&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_LOW>;    /*ENET1为GPIO5_IO07，ENET2为08*/   /*低电平有效*/
phy-reset-duration = <200>;                      /*复位电平信号持续时间200ms*/

smsc,disable-energy-detect;           /*表明PHY芯片时SMSC公司的，内核就会找到相应驱动驱动LAN8720A*/

  在fec_main.c文件中的fec_reset_phy函数最后再加一句“msleep(200)”，因为复位结束后至少还要再过150ms才可以继续操作SR8201F。

测试：
linux启动后，输入ifconfig -a查看所有网卡。然后输入ifconfig eth0 up启动ENET2，有ip地址说明开启了。可以使用ifconfig eth0 xxx配置其ip地址。